(57)【要約】【課題】  試料断面とともに試料表面も観察可能であって、試料の元素分析においてノイズの混入が低減された試料の作製方法を提供すること。【解決手段】  試料２０上に下地膜２１を形成し、その下地膜上に保護膜２２を形成し、保護膜上から集束イオンビーム３０を照射して試料２０の内部が露出している穴部２３を形成した後に、下地膜を除去することによって同時に保護膜を除去して断面観察用の試料１０を得る。この場合、断面観察用の試料には、表面１０Ａに穴部１２が形成され、断面が露出しているので、断面観察が可能である。更に、断面観察用の試料上には、下地膜及び保護膜が形成されていないので、試料の表面も観察可能であるとともに、ＥＤＳ分析する際に、保護膜などから発生する元素信号が混入しない。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
断面観察用の試料を作製する方法であって、
試料上に下地膜を形成する工程と、
前記下地膜上に保護膜を形成する工程と、
前記保護膜上から集束イオンビームを照射して試料の内部が露出している穴部を形成する工程と、
前記下地膜を除去することによって同時に前記保護膜を除去して断面観察用の試料を得る工程と
を備えることを特徴とする試料作製方法。
【請求項２】
前記下地膜は、樹脂からなることを特徴とする請求項１に記載の試料作製方法。
【請求項３】
前記保護膜は、導電性膜と物理的保護膜とが積層してなっていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の試料作製方法。
【請求項４】
前記導電性膜は、Ｐｔ、Ａｕ、Ｃ及びＷの何れかからなることを特徴とする請求項３に記載の試料作製方法。
【請求項５】
前記物理的保護膜は、Ｃ及びＷの一方からなることを特徴とする請求項３に記載の試料作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、断面観察用の試料の作製方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
試料の断面を走査型電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope : SEM）で観察したり、その断面の元素分析をエネルギー分散Ｘ線分光法（Energy Dispersive X-ray Spectroscopy : EDS）で実施するために、断面観察用の穴を試料表面に形成することが知られている。 このような穴の加工は、集束イオンビーム（Focused Ion Beam：FIB）加工装置によって実施される。このＦＩＢ加工装置は、細く絞ったＧａなどのイオンビームを試料上に照射し、試料表面をスパッタ除去することにより試料表面の加工を行う装置である。
【０００３】
ＦＩＢ加工装置を用いて、試料表面に断面観察用の穴を形成する際は、ＦＩＢを照射するために試料の導電性を確保する必要があるとともに、加工領域周辺の試料を保護する必要がある。そのため、例えば、特許文献１記載の試料作製方法では、まず、ＦＩＢを照射しつつその照射領域に材料ガスを吹き付けて膜を形成するＦＩＢ励起化学気相析出（ＣＶＤ）によって、導電性膜を試料上に形成している。そして、その導電性膜上からＦＩＢを照射して断面観察用の穴を試料に形成する。
【特許文献１】特開平６−６１３２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の試料作製方法では、上述した導電性膜を取り除くことが困難であるため、導電性膜を試料上に残したまま試料を観察している。すなわち、試料観察時に、観察領域周囲に導電性膜が残っている。そのため、断面観察とともに試料表面の状態を観察することができない。また、試料断面の元素分析を、ＥＤＳを用いて実施する際に、上記導電性膜に含まれる元素がノイズとして検出される場合がある。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、試料断面とともに試料表面も観察可能であって、試料の元素分析においてノイズが低減された試料の作製方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明に係る試料作製方法は、断面観察用の試料を作製する方法であって、試料上に下地膜を形成する工程と、下地膜上に保護膜を形成する工程と、保護膜上から集束イオンビームを照射して試料の内部が露出している穴部を形成する工程と、下地膜を除去することによって同時に保護膜を除去して断面観察用の試料を得る工程とを備えることを特徴とする。
【０００７】
上記方法において、保護膜上からＦＩＢを照射して上記穴部を形成しているので、試料表面がＦＩＢによるダメージを受けにくい。更に、保護膜と試料との間に下地膜を形成しているので、下地膜を除去することによって同時に保護膜を除去することができている。そして、穴部を形成した後に下地膜及び保護膜が除去されているので、上記穴部の内壁面に現れている試料断面の観察とともに試料の表面も観察可能な試料が作製できている。また、下地膜及び保護膜が除去されているので、ＥＤＳ分析する際にも、下地膜及び保護膜に含まれる元素を示す信号の混入がない。
【０００８】
また、本発明に係る試料作製方法においては、下地膜は、樹脂からなることが好ましい。この場合には、下地膜を除去しやすい。
【０００９】
更に、本発明に係る試料作製方法においては、保護膜は、導電性膜と物理的保護膜とが積層してなっていることが好ましい。この場合、保護膜が導電性膜を有しているため、ＦＩＢを照射しやすくなっている。また、ＦＩＢによる加工領域周囲の試料表面を保護するために、物理的に強固な物理的保護膜が積層されているので、上記加工領域周囲の試料表面がＦＩＢによってダメージを受けにくい。
【００１０】
また、上記導電性膜としては、Ｐｔ、Ａｕ、Ｃ及びＷの何れかからなることが好ましい。これにより、導電性を確保できる。また、上記物理的保護膜は、Ｃ及びＷの一方からなることが好ましい。この場合、物理的に強固な膜が形成できる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、試料断面とともに試料表面も観察でき、且つ、試料の元素分析においてノイズを低減することが可能な試料を作製する方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について説明する。なお、以下の説明においては、同一の要素には同一の符号を用いることとし重複する説明は省略する。
【００１３】
図１は、本実施形態に係る試料作製方法によって形成される断面観察用の試料の斜視図である。図１に示す断面観察用の試料を、本実施形態においては断面観察試料１０と称す。断面観察試料１０は、その表面１１に穴部１２が形成されている。穴部１２の内壁面１３には、断面観察試料１０の断面が露出しているので、走査型電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope : SEM）などにおいて、内壁面１３に電子ビームを照射することによって、断面観察試料１０の断面観察が実施できるようになっている。
【００１４】
上記穴部１２は、集束イオンビーム（Focused Ion Beam : FIB）加工装置によって加工して形成されている。ＦＩＢ加工装置は、細く絞ったＧａ等のイオンビームを試料上に照射し、試料表面をスパッタ除去することによって試料表面の加工を行う装置である。ＦＩＢ加工装置を用いた本実施形態に係る断面観察試料の作製方法について以下に説明する。
【００１５】
図２〜図４は、断面観察試料１０の作製工程を説明するための図である。
【００１６】
まず、図２（a）に示すように、穴部１２が形成されていない試料２０上に、加熱融解する樹脂又は有機溶剤に溶解する樹脂を塗布して下地膜２１を形成する。加熱融解する樹脂としては、例えば、ワックスであり、また、有機溶剤に溶解する樹脂としては、例えば、フォトレジストやアクリル樹脂である。下地膜２１は、樹脂の他に、酸によって溶解する金属（例えば、アルミニウム）であってもよく、後工程で除去可能なものであればよい。
【００１７】
また、下地膜２１は、その材料に応じて、塗布、スパッタ、蒸着、化学気相成長法（Chemical Vapor Deposition : CVD）などによって形成すればよい。下地膜２１が透明であることは、光学顕微鏡などで加工箇所を確認できるため好ましい。下地膜２１の厚さは、例えば、０．５μｍである。
【００１８】
次に、図２（ｂ）に示すように、下地膜２１上に保護膜２２を形成する。保護膜２２は、試料２０をＦＩＢによって加工する際に、試料２０の表面２０Ａを保護するためのものである。また、保護膜２２は、ＦＩＢ加工のために試料２０側の導電性を確保するために、導電性を有することが好ましい。
【００１９】
本実施形態において、保護膜２２は、ＦＩＢを照射して試料２０を加工するための導電性を確保する導電性膜２２Ａと、表面２０Ａを実質的に保護する物理的に強固な物理的保護膜２２Ｂとが積層されてなっている。以下に、保護膜２２の形成方法について説明する。
【００２０】
まず、下地膜２１上に白金（Ｐｔ）をスパッタコーティングしてＰｔからなる導電性膜２２Ａを形成する。導電性膜２２Ａは、導電性を有していればよく、Ｐｔの他、金（Ａｕ）、カーボン（Ｃ）及びタングステン（Ｗ）の何れかからなっているものとしてもよい。導電性膜２２Ａの厚さは、例えば、０．０５μｍである。なお、導電性膜２２Ａの形成方法は、スパッタコーティングに限られない。
【００２１】
次に、導電性膜２２Ａ上にＣからなる物理的保護膜２２Ｂを形成する。物理的保護膜２２Ｂは、導電性膜２２Ａと異なる材料からなっていればよく、Ｃの他に例えばＷからなっていてもよい。なお、物理的保護膜２２ＢをＣ又はＷとする際には、導電性膜２２Ａは、それ以外の導電性を有する材料からなっているものとする。物理的保護膜２２Ｂの厚さは、例えば、０．５μｍである。物理的保護膜２２Ｂは、例えば、ＦＩＢ加工装置を用いて次のようにして形成する。
【００２２】
すなわち、導電性膜２２Ａが形成された試料２０を、ＦＩＢ加工装置にいれて、導電性膜２２Ａ上に、ＦＩＢ３０を照射する。その際、ＦＩＢ３０の照射領域にノズル４０から物理的保護膜２２Ｂとなるべき材料ガス４１を吹き付けて、ＦＩＢ励起化学気相析出により膜を堆積させる。ＦＩＢ３０を走査することによって、その走査領域に物理的保護膜２２Ｂを形成する。
【００２３】
なお、ＦＩＢ 加工装置で照射するＦＩＢ３０のイオンは、Ｇａイオンが例示される。また、物理的保護膜２２Ｂを形成する際のＦＩＢ３０のエネルギーは、３０ｋｅＶ〜４０ｋｅＶである。
【００２４】
図３は、物理的保護膜２２Bが形成された試料２０の斜視図である。物理的保護膜２２Bは、導電性膜２２Ａの全面でなくても、図３に示すように、穴部１２（図１参照）を形成すべき領域に設けられていればよい。
【００２５】
続いて、図４（a）に示すように、物理的保護膜２２B側からＦＩＢ３０を照射しつつ穴部１２を形成すべき領域を走査して、物理的保護膜２２Ｂ側から試料２０の内部が見える(すなわち、試料２０の内部が露出している)穴部２３を形成する。この穴部２３のうち、試料２０に含まれる領域が図１の穴部１２に相当する。
【００２６】
換言すれば、保護膜２２及び下地膜２１を介してＦＩＢ３０を試料２０に照射することによって、試料２０に断面観察用の穴部１２を形成する。このＦＩＢ加工の際、加工領域周囲の試料２０の表面２０Ａは、下地膜２１、導電性膜２２Ａ及び物理的保護膜２２Ｂで覆われているため、加工時に表面２０Ａがイオンビームのフレアにさらされない。したがって、ＦＩＢ３０によって加工領域周囲の表面２０Ａにダメージが生じにくい。
【００２７】
次に、図４（ｂ）に示すように試料２０上の下地膜２１を除去することによって、下地膜２１上に形成されている保護膜２２（導電性膜２２Ａ及び物理的保護膜２２Ｂ）も同時に除去する。下地膜２１は、その材料に応じて、加熱処理、有機溶剤による洗浄、酸による洗浄などによって除去する。試料２０上の、下地膜２１及び保護膜２２が同時に除去されて、穴部１２が形成された図１に示す断面観察試料１０を得ることができる。
【００２８】
図５は、上記作製方法で得られた断面観察試料１０の断面観察方法を説明する図である。
【００２９】
上記作製方法で得られた断面観察試料１０を、ＳＥＭにセットして、穴部１２の内壁面１３に電子ビーム５０を照射する。そして、内壁面１３からの電子（二次電子や反射電子）５１を検出器５２で検出して観察する。
【００３０】
また、断面観察試料１０の表面１０Ａを観察する場合には、表面１０Ａに電子ビーム５０を照射すればよい。下地膜２１及び保護膜２２が残っていないので、表面１０Ａも観察することが可能である。更に、ＥＤＳ分析を実施する場合には、電子ビーム５０を集光して内壁面１３に照射し、内壁面１３から発生するＸ線を検出して分析する。この場合、下地膜２１及び保護膜２２が残っていないので、断面観察試料１０に含まれない元素の混入が抑制されている。
【００３１】
図６（a）は、上記製造方法で実際に作製した断面観察試料１０の表面１０Ａの電子顕微鏡写真の図である。図６（ｂ）は、断面観察試料１０の断面（穴部１２の内壁面１３）の電子顕微鏡写真の図である。
【００３２】
図６（a），（ｂ）の断面観察試料１０（試料２０）は、表面酸化層が形成されているＳｉウェハである。試料作製において、下地膜２１は、アセトンで希釈したネイルエナメル（主成分ニトロセルロース）を塗布して形成した。また、導電性膜２２Ａは、Ｐｔからなるものとし、物理的保護膜２２Ｂは、Cからなるものとした。そして、穴部１２を形成した後の試料２０をアセトンで洗浄することによって、下地膜２１を除去した。その際、下地膜２１上の導電性膜２２Ａ及び物理的保護膜２２Ｂも同時に除去した。
【００３３】
図６（ａ）に示すように、図中の下側の一部に下地膜２１が若干残っているが、その反対側（観察領域側）及び他の領域では下地膜２１及び保護膜２２が除去されている。そのため、図６（ａ）では、断面観察試料１０の表面１０Ａ（Ｓｉウェハの表面）が観察できている。これは、図６（ｂ）に示す断面観察試料１０の断面の電子顕微鏡写真からも明らかである。このように、本実施形態の試料作製方法では、試料断面とともに試料表面の観察もできる。
【００３４】
図７（ａ）は、比較のための試料作製方法によって作製した断面観察試料の表面側の電子顕微鏡写真の図である。図７（ｂ）は、図７（ａ）の断面観察試料の断面の電子顕微鏡写真の図である。なお、図７（ｂ）中、「Ｐｔ保護膜」が導電性膜２２Ａに相当し、「カーボン保護膜」が物理的保護膜２２Ｂに相当する。
【００３５】
図７（ａ），（ｂ）において、断面観察試料は図６と同様に表面酸化膜を有するＳｉウェハである。図７の断面観察試料は次のようにして作製した。すなわち、下地膜を形成せずに、Ｓｉウェハ上にＰｔからなる導電性膜２２Ａ及びCからなる物理的保護膜２２Ｂを順に形成した後に、ＦＩＢ加工によって穴部２３を形成して作製した。
【００３６】
この場合、下地膜を形成していないので、図７（ｂ）に示すように、導電性膜２２Ａ及び物理的保護膜２２Ｂが除去できずに残っている。そのため、図７（ａ）に示す電子顕微鏡写真では、物理的保護膜（カーボン保護膜）の表面が観察されており、Ｓｉウェハ本来の表面は観察できていない。
【００３７】
また、図８は、図６（ａ），（ｂ）の断面観察試料１０の表面１０Ａから０．５μｍの深さの位置の試料断面をＥＤＳ分析して得られたスペクトルの図である。また、図９は、図７（ａ），（ｂ）の断面観察試料の表面から０．５μｍの深さの位置の試料断面をＥＤＳ分析して得られたスペクトルの図である。
【００３８】
図８のスペクトルには、図９のスペクトルに現れているような、物理的保護膜２２Ｂに含まれるＣや導電性膜２２Ａに含まれるＰｔを示す元素信号が含まれていない。また、図８のスペクトルにおいて、断面観察試料１０であるＳｉウェハの表面酸化層から得られる酸素ピークは、導電性膜２２Ａや物理的保護膜２２ＢによるＸ線吸収がないために、図９のスペクトルよりも強く現れている。
【００３９】
以上述べたように、本実施形態の試料作製方法で得られた断面観察試料１０では、試料観察時に、下地膜２１及び保護膜２２（導電性膜２２Ａ及び物理的保護膜２２Ｂ）が除去されているため、断面観察試料１０の断面（穴部１２の内壁面１３）の観察とともに、表面１０Ａの観察を実施することも可能である。
【００４０】
また、電子ビーム５０を試料断面に照射して、発生するＸ線を分析して、断面観察試料１０の元素分析をするＥＤＳ分析においても、断面観察試料１０を構成する元素以外の元素信号の混入を抑制することができる。すなわち、ノイズを低減できる。更に、ＥＤＳ分析において、導電性膜２２Ａや物理的保護膜２２ＢによるＸ線の吸収がないため、断面観察試料１０本来の組成に対応した強度比で元素信号を得ることが可能である。
【００４１】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、保護膜２２は、導電性膜２２Ａ及び物理的保護膜２２Ｂが積層してなっているとしているが、保護膜２２は１層（例えば、導電性膜）からなるものとしてもよい。保護膜２２を１層とする際には、ＦＩＢ加工によって穴部１２を形成するために、保護膜２２は導電性を有していることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本実施形態に係る試料作製方法によって作製される断面観察用の試料の斜視図である
【図２】断面観察試料を作製する工程を説明する図である。
【図３】物理的保護膜２２Ｂが形成された試料２０の斜視図である。
【図４】断面観察試料を作製する工程を説明する図である。
【図５】断面観察試料１０の断面観察方法を説明する図である。
【図６】本実施形態の試料作製方法で作製した断面観察試料１０の電子顕微鏡写真の図である。
【図７】比較のための試料作製方法で作製した断面観察試料の電子顕微鏡写真の図である。
【図８】図６の断面観察試料の断面のＥＤＳ分析結果を示す図である。
【図９】図７の断面観察試料の断面のＥＤＳ分析結果を示す図である。
【符号の説明】
【００４３】
１０…断面観察試料（断面観察用の試料）、１２…穴部、１３…内壁面、２０…穴部形成前の試料、２１…下地膜、２２…保護膜、２２Ａ…導電性膜、２２Ｂ…物理的保護膜、２３…穴部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2005265622.tif 000009
【図８】
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【図９】
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